1. Technologie plošného tváření - tažení

    2. 9.1. Proces tažení

      9.1.1. Vznik vln
      9.1.2. Schémata napjatostí a deformací
    9.2. Výpočet síly a práce
     9.3. Určování rozměrů přístřihu, počet tahů
      9.3.1. Součinitel tažení
      9.3.2. Určování velikosti a tvaru přístřihu
      9.3.3. Technologické zásady, mazání
    9.4. Ostatní technologické způsoby tažení
      9.4.1. Tažení se ztenčením stěny
      9.4.2. Zpětné, obrácené, tažení
      9.4.3. Tažení stupňovitých, kónických, kulovitých, parab. výtažků
      9.4.4. Tažení s ohřevem
    9.5. Speciální způsoby tažení
      9.5.1. Tváření pryží – metoda Guerin
      9.5.2. Tváření pryží – metoda Marform
      9.5.3. Tváření kapalinou – metoda Wheelon
      9.5.4. Tváření kapalinou – metoda Hydroform
      9.5.5. Hydromechanické tažení
    9.6. Nástroje pro tažení
9. technologie plošného tváření - tažení

 

  Tažením plechů a pasů vzniká prostorový výlisek nerozvinutelného tvaru. Podle tvaru výlisku můžeme proces tažení dělit na tažení mělké a hluboké, tažení bez a se ztenčením stěny, tažení rotačních a nerotačních tvarů a dále tažení nepravidelných tvarů (tzv. karosářské výlisky). Výchozím polotovarem je přístřih plechu, pás plechu nebo již jinak zpracovaný polotovar, který lze zpracovávat následujícími technologiemi: prostým tažením, tažením se ztenčením stěny, zpětným tažením, žlábkováním, rozšiřováním  a lemováním, zužováním, přetahováním, napínáním a speciálními způsoby.


Technologické způsoby tažení
A, B - tažení bez přidržovače, 1. a 2. tah, C, D - tažení s přidržovačem, 1. a 2. tah, E – zpětné tažení (obracení), F – tažení se ztenčením stěny, G – zužování, H – rozšiřování, I – lemování (přetahování), J - napínání

  Tažení je takový technologický způsob tváření, při kterém se jedním a nebo v několika tazích vyrobí z rovného plechu (přístřihu) duté těleso - polouzavřená nádoba. Někdy se tento technologický proces nazývá hluboké tažení. Nástrojem je tažidlo, které se skládá z tažníku a tažnice a ostatních konstrukčních částí, výrobkem je výtažek.

9.1. Proces tažení

  Princip tažení je ideální vysvětlit na tažení jednoduchého válcového tvaru se dnem. Potom obdobným způsobem lze získané výsledky aplikovat i na výtažky hranatých nebo nepravidelných tvarů. Zatlačujeme-li tažník do tažnice, posunuje se plech přes tažnou hranu, která se z celého nástroje nejrychleji opotřebuje. Síla potřebná k tažení se kontroluje z podmínky pevnosti válcové části nádoby, která se nesmí při tažení přetrhnout. Je nutné uvažovat vliv tření a zpevnění materiálu.

  Při tažení se mezikruží přístřihu (D - d) změní na válec s průměrem d a výškou h z dřívějšího rozměru přístřihu D. V důsledku platnosti zákona stálosti objemu se objem kovu během procesu nemění a proto výška h bude větší, než šířka mezikruží D – d.


Princip tažení válcového tvaru

 

9.1.1. Vznik vln

  Tažení je technologický proces, při kterém se přesouvá značná část, značný objem materiálu. Tento přesunutý objem je schematicky na obrázku znázorněn v podobě vyšrafovaných trojúhelníků. Tento objem materiálu se během tažení vytlačuje, zvětšuje výšku nádoby, mění tloušťku stěny. Je patrné, že vyšrafované plochy (trojúhelníčky) přebývají. Protože při tažení postupuje materiál z příruby do válcové části, má plech v místě příruby snahu se vlnit, a to hlavně při vysokém stupni deformace. Při malém stupni deformace a při velké tloušťce materiálu se vlny netvoří, protože nejsou vysoké a vyhlazují se otvorem tažnice. Zabránit vzniku vln lze přidržovačem, ovšem za cenu pěchování materiálu pod přidržovačem a růstu tloušťky. V případě použití přidržovače je nutné znát velikost měrného tlaku p přidržovače. Měrný tlak přidržovače závisí na tloušťce plechu, poměru výchozí tloušťka plechu ku průměru nádoby, jakosti plechu a součiniteli tažení (viz. kap. 9.3). Celková síla přidržovače je součinem měrného tlaku a činné plochy přidržovače (viz. kap. 9.2.). K určení měrného tlaku přidržovače se používá např. grafů.


Tvorba vln na výtažku a nebezpečí utržení dna


Tvorba vln u tažení bez přidržovače (vlevo) a s přidržovačem (vpravo)


Diagram pro zjišťování měrného tlaku přidržovače pro první tah

  Hranaté krabice se táhnou mělkým tahem. Obrázek vlevo ukazuje, proč není možné pro tažení obdélníkové krabice použít obdélníkový nástřih - v rozích by vznikly vysoké cípy a vpravo je ukázka osvědčeného tvaru nástřihu pro tažení krabice s obdélníkovou základnou.


Tažení hranaté krabice (vlevo - cípy, vpravo - optimální nástřih)

9.1.2. Schémata napjatostí a deformací

  Napjatost při tažení je v jednotlivých místech výtažku různá a dochází zde k anizotropii mechanických vlastností plechu. Dno (A) se vytahuje nepatrně a stejnoměrně do dvou směrů. Válcová část (C) je natahována v jednom směru, ale u dna (B) je dvoj nebo trojosá napjatost. Materiál, který přechází přes tažnou hranu (D) je namáhán ohybem radiálním a tangenciálním tlakem. Materiál pod přidržovačem (E) je namáhán tahem v radiálním směru, tlakem v tangenciálním směru a tlakem kolmo na povrch příruby. Je-li nástroj bez přidržovače, odpadá tlak pod přidržovačem. Nejnevýhodnější podmínky jsou v místě ohybu u dna výtažku, je zde vysoké tahové napětí. Důsledkem je zeslabování tloušťky stěny a to vede k nebezpečí utržení dna.


Schéma napětí a deformací při tažení s přidržovačem

9.2. Výpočet síly a práce

  Matematické vztahy pro výpočet síly jsou poměrně komplikované, a proto se zjednodušují. Praktické vzorce vycházejí z toho, že dovolené napětí v nebezpečném průřezu musí být menší, než napětí na mezi pevnosti. Tedy největší tažná síla musí být o něco menší, než síla, která způsobí utržení dna výtažku od bočních stěn. Průběh tažné síly v jednotlivých fázích tažení je ukázán na obrázku. Z diagramu je patrné, že síla se mění od nuly po maximum asi v polovině tahu a potom opět klesá.


Průběh tažné síly v jednotlivých fázích tažení

Velikost tažné síly pro rotační tvar výtažku se pro nástroj bez přidržovače, pro první a další tahy zjednodušeně vypočte podle vztahu

F = S . Rm               a pro pryž               F = Spr . q

kde       S         … plocha materiálu, který je namáhán na tah (S = p . d . s) [mm2],
            Spr       … celková plocha pryžového polštáře [mm2],
            Rm       … mez pevnosti materiálu [MPa],
            q          … měrný tlak v pryži [MPa],
            d          … průměr tažníku [mm],
            s          … tloušťka plechu [mm].

Velikost tažné síly pro nástroj s přidržovačem, pro první a další tahy se zjednodušeně vypočte podle vztahu

Fc = Ft + Fp = L . s . Rm + Sp . p

kde       L          … délka obvodu polovýrobku [mm],
            Rm        … mez pevnosti materiálu [MPa],
             s           … tloušťka plechu [mm],
            S p        … plocha přidržovače [mm2]
             p          … specifický tlak přidržovače (od 0,8 do 3 MPa) [MPa].

Velikost práce při tažení se vypočte

A = Fc . h                   nebo přesněji            A = C . Fc . h 

kde       h         … výška výtažku [mm],
            C         … koeficient zaplnění plochy

 

9.3. Určování rozměrů přístřihu, počet tahů

  Celkové přetvoření plechu při tažení je značné, celou nádobku nelze zpravidla vytáhnout v jedné operaci. Proto se první tah provádí mělký a o velkém průměru. Tažení pokračuje dalším tahem a to vždy na menší průměr. Současně roste výška výtažku. Počet tahů je poměr průměru přístřihu k průměru výtažku. Při vyčerpání plastičnosti je nutné provést mezioperační žíhání.

9.3.1. Součinitel tažení

  Pro určení maximální deformace na jeden tah, počtu tažných operací, se používá součinitel tažení nebo také stupeň tažení, který se vypočte pro první tah ze vztahu

m = d / D = 1 / K

kde      m   … součinitel tažení,
            d   … průměr výtažku [mm],
           D   … průměr přístřihu [mm],
           K   … stupeň tažení

  Pro další tahy se součinitel nebo stupeň tažení počítá obdobným způsobem. Celkový součinitel tažení se rovná součinu jednotlivých součinitelů. Hodnoty součinitelů tažení pro válcové nádoby jsou uváděny v tabulkách. Jde-li o tvary jiné, stanovuje se součinitel tažení podle místa, kde zakřivení stěny a poměrná hloubka dosahují maximálních hodnot. Obecně závisí na druhu materiálu, na předchozím zpevnění, poměrné tloušťce, tvaru výtažku, tažné rychlosti, tlaku přidržovače, mazání a hlavně na geometrii tažného nástroje.

9.3.2. Určování velikosti a tvaru přístřihu

  Určování velikosti a tvaru přístřihu je velmi důležité, neboť výrazně ovlivňuje kvalitu výtažku. U rotačních těles se používají různé tabulky z odborných knih a nebo grafické metody stanovení průměru přístřihu. U hranatých tvarů se používají různé grafické výpočtové metody a nebo jejich kombinace. Zásadou bývá, že plocha přístřihu se rovná ploše výtažku s přídavkem na odstřižení (bočnice se však tažením mírně prodlužují).


Stanovení přístřihu u rotačních nádob

9.3.3. Technologické zásady, mazání

  Z hlediska technologie je nutné dodržovat určité zásady, mezi které patří:

  • výška výtažku má být co nejmenší,
  • upřednostňovat výtažku rotačního tvaru s rovným dnem,
  • rohy hranatých výtažků velmi zaoblit,
  • příruby na výtažku používat jen v nevyhnutelných případech,
  • tolerovat rozměry tak, aby se výtažky již nemusely kalibrovat,
  • volit materiály s dobrými tažnými vlastnostmi.
  Ke snížení tření (a tedy i tažné síly), ke zlepšení kvality povrchu se používá mazání.  Nemaže se celý přístřih. Ze strany tažníku je výhodné mít tření co nejvyšší, ze strany tažnice je potřeba tření co nejvíce snížit. Mezi přidržovačem a materiálem je potřeba co nejlepší mazání. Prostředky, které se používají pro mazání nesmí poškozovat povrch nástroje a výrobku, musí lehce přilnout a vytvořit rovnoměrnou vrstvu.

 

9.4. Ostatní technologické způsoby tažení

  Kromě již uvedeného základního, obyčejného, druhu tažení se používají i jiné způsoby a druhy tažení.

9.4.1. Tažení se ztenčením stěny

  Tažení se ztenčením stěny se obvykle používá v dalších tazích. Při tomto způsobu se změní rozměry výtažku a původní tloušťka stěny se změní z t na t1.


Tažení se ztenčením stěny

9.4.2. Zpětné, obrácené, tažení

  Zpětné tažení se používá tam , kde nechceme používat přidržovač nebo chceme používat při tažení zvýšenou tažnou sílu. Používá se hlavně pro výrobu kulovitých nebo elipsovitých tvarů.


Zpětné tažení

9.4.3. Tažení stupňovitých, kónických, kulovitých, parabolických výtažků

  Tažení probíhá na několik tahů, kdy se konečný tvar může ještě dokončit další tvářecí operací, např. lemováním. Tyto výtažky lze vyrábět buď přímo se zvýšeným tlakem přidržovače nebo používat zpětné tažení, nebo postupně po jednotlivých tazích a nebo s předlisováním, kdy se předlisuje v několika tazích stupňovité těleso a teprve v posledním tahu se dokončí konečný tvar.

9.4.4. Tažení s ohřevem

  Materiál se ohřívá mezi vyhřívanými plochami tažnice a přidržovače. Používá se pro hořčíkové slitiny, které mají špatnou tvářitelnost za studena (ale i pro jiné slitiny, např. Ti). Ohřev je na teplotu 300 až 350 oC.

 

9.5. Speciální způsoby tažení

  Speciální způsoby tažení se používají buď pro výrobu specifických tvarů výtažků a nebo se používají způsoby, využívající místo kovového nástroje jiné prostředí.

9.5.1. Tváření pryží – metoda Guerin

  Tato technologie je vhodná pro různé druhy stříhání, ohýbání a jednoduché tažení. Princip metody je založen na elasticitě pryže, která je v ocelové skříni. Výhodou je, že pryž nezanechává na povrchu žádné stopy. Nevýhodou je potřeba velkých sil, i když velké tlaky působí kladně na zvýšení plasticity. Je možné používat všechny typy lisů. Pryž se používá o různé tvrdosti, pro stříhání je tvrdost vyšší, než pro tažení.

9.5.2. Tváření pryží – metoda Marform

  Tato metoda je vhodná i pro hluboké tažení ocelových i neželezných plechů. Rozdíl je ve vrstvě pryže, která je zde větší. Výška pryže musí být alespoň trojnásobná, než je výška výlisku, aby nedocházelo k rychlému opotřebování a ztrátě elasticity pryže.


Tažení metodou Marform 

9.5.3. Tváření kapalinou – metoda Wheelon

  Obdoba metody Guerin, kdy se však místo pryže používá kapalina, která je umístěna v pryžovém vaku. Tlak kapaliny je velký. Tato technologie je vhodná pro mělké tažení.

9.5.4. Tváření kapalinou – metoda Hydroform

  Tato technologie je podobná metodě Marform, také se používá pro hluboké tažení, ale místo pryže se používá nádoba s kapalinou, která je uzavřená poměrně tenkou deska z gumy. Nejdříve se přitlačí přidržovač, aby se nezvlnily okraje a potom se tažník vtlačuje do nádrže a materiál se tváří. Nadbytek vody se vypouští ventilem. Hydrostatický tlak lze regulovat.


Tažení metodou Hydroform

9.5.5. Hydromechanické tažení

  Pro tváření s požadavkem většího zdvihu (např. hlubší tah) je jako pružné prostředí výhodnější tlaková kapalina. Proces bývá často uváděn pod názvem hydromechanické tažení - a lze při něm s úspěchem používat i přidržovače. Princip je založen na tom, že rovinný přístřih plechu je sevřený mezi přidržovačem a tažnicí, může se však pohybovat. Tažník tváří plech do tažné komory, kde je však kapalina. Kapalina působí hydrostatickým tlakem na plech, který se tlačí na celou plochu tažníku. Tlak se řídí speciálním ventilem. Proti úniku kapaliny se používají kvalitní těsnění. Tření a ztenčení je nepatrné.


Princip hydromechanického tažení plošného výtažku

 

9.6. Nástroje pro tažení

  Hlavní funkční části nástroje jsou tažník a tažnice, resp. přidržovač, který zabraňuje zvlnění plechu při tažení. Podle charakteru vykonávané operace můžeme tažné nástroje rozdělit na tažné nástroje pro první tah a na tažné nástroje pro další tahy a v obou dvou skupinách mohou být tažné nástroje jednoduché, sloučené, speciální. Podle druhu lisu mohou být tažné nástroje určené pro jednočinné lisy, dvojčinné a trojčinné lisy a pro postupové lisy. Podle druhu a typu přidržovače se tažné nástroje dělí na nástroje bez přidržovače a nástroje s přidržovačem, a to pružinovým, pryžovým, pneumatickým, hydraulickým.


Tažný nástroj

  V současné době se používá plechových výlisků ne už jen jako krycích dílů, ale jako samostatných konstrukčních prvků, schopných přenášet značná namáhání vyznačujících se vysokou tuhostí při nepatrné vlastní hmotnosti. Tyto díly se táhnou na karosářských vícebodových lisech se značnou rezervou sil - proto se kontrola tvářecích sil ani neprovádí. Nástroje se od obvyklých tažných nástrojů liší v mnoha ohledech:

  • tažná hrana bývá vložkována, což umožňuje snadnou výměnu opotřebených hran i změnu tvaru;
  • zvýšení brzdného účinku přidržovače se dociluje použitím tzv. brzdících lišt;


    Detail zvýšené tažné hrany (vlevo) a brzdící lišty (vpravo)

  • oba díly nástroje se liší při dosednutí pouze o tloušťku plechu. Nástroj tedy žádaný tvar nejen táhne, ale po dosednutí i kalibruje.

.: Jdi na začátek stránky :.